Prawa gazowe.doc

Podstawowe Prawa gazowe

1). Zależność objętości gazu doskonałego od ciśnienia, przy stałej temperaturze

(Prawo Boyle’a–Marriotte’a, 1660-1676)

Objętość V danej masy gazu doskonałego jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia p, przy zachowaniu stałej temperatury T.

2). Zależność objętości gazu doskonałego od temperatury, przy stałym ciśnieniu

              (Prawo Gay-Lussaca lub inaczej prawo Charlesa, 1787-1808)

Pod stałym ciśnieniem p objętość V danej masy gazu doskonałego jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej T.

3). Zależności między objętością V, ciśnieniem p i temperaturą T gazu opisują tzw.  równania stanu gazu doskonałego

a).                                                        

b). równanie Clapeyrona

              gdzie:   n – liczba moli gazu [mol]

                                                                                      R – stała gazowa (R=8,31447  J mol-1 K-1)

4). Prawo Avogadra (hipoteza Avogadra)

Liczby cząsteczek różnych gazów są sobie równe w określonej objętości, przy stałym ciśnieniu i temperaturze zakładając, że gazy te właściwościami są zbliżone do gazu doskonałego.

Empirycznie dowiedziono, że 1 mol dowolnego gazu w warunkach normalnych (T = 273,15 K, p = 101 325 Pa) zajmuje objętość nazywaną objętością molową

V0 = 0,022414 m3 mol-1 = 22,414 dm3 mol-1

Natomiast stała Avogadra – jest to liczba cząsteczek dowolnej substancji  znajdująca się w 1 molu: NA = 6,022∙1023 mol-1

Z powyższych praw można wyprowadzić również wzór na gęstość gazu d:

gdzie: M – masa molowa [g mol-1]

V0 – objętość molowa gazów w temperaturze T i pod ciśnieniem p, wyznaczana z równań stanu gazu

5). Prawo Daltona (prawo ciśnień cząstkowych)

Ciśnienie mieszaniny gazów p równa się sumie ciśnień, jakie wywierałyby poszczególne składniki mieszaniny gdyby były same w danej objętości. Ciśnienie całkowite mieszaniny gazowej jest równe sumie ciśnień parcjalnych (cząstkowych) wszystkich składników pi. 

              czyli:     

6). Prawo Henry’ego

Prężność pary substancji rozpuszczonej nad jej roztworem zmienia się proporcjonalnie ze składem roztworu. Prawo to spełniane jest przez lotne substancje rozpuszczone w rozcieńczonych roztworach.

                                          gdzie: kH – stała Henry’ego [Pa mol-1 dm3]

Sposoby wyrażania stężeń gazów

1). Ułamek molowy xi

gdzie:               nA, n – liczba moli składnika A oraz całkowita w mieszaninie

                                                        pA, p – ciśnienie cząstkowe składnika A i całkowite mieszaniny

2).  Ciśnienie parcjalne (cząstkowe) pA

3). Stężenie objętościowe cV (dokładniej: objętościowo-objętościowe)

Wyrażane jest w:

a). procentach objętościowych:

              gdzie:               VA – objętość składnika A

                                                                      V – objętość mieszaniny np. powietrza

b). ppm lub ppb (częściach na milion lub miliard)

4). Stężenie masowe cM (dokładniej masowo-objetościowe cM/V)

Przeliczanie  stężeń gazów

1). z równań na cV, cM i d można wyprowadzić zależności pomiędzy nimi:

gdzie: M – masa molowa gazu [g mol-1]

V0 – objętość molowa gazów w temperaturze T i pod ciśnieniem p,
wyznaczana z równań stanu gazu

Współczynnik (gęstość zanieczyszczenia gazowego) jest zależny od:

·        rodzaju substancji gazowej (różna masa molowa M)

·        warunków pomiaru (ciśnienie i temperatura wpływają na V0)

stąd umiejętność jego wyliczania jest niezbędna.

2). Inne przeliczenia:

a). stężenie:

1 % = 10-2

1 ppm = 10-6 = 10-4 %

1 ppb = 10-9 = 10-7 %

...